Az SRTM adatbázis és GPS-es alkalmazásai
2003 elott néhány évig bizonyos szempontból bizony nem a Föld volt a Naprendszer „legjobban ismert” égiteste. A radartechnológiával nyert SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) domborzati adatok a GPS-ekhez készülo térképekben is használhatók.
Az alábbi cikk nyomtatott formában is olvasható a GPS Magazin 2005/1. számában.
Domborzatmodellek készítése és elérhetosége
Mind a Mars- mind a Vénusz-missziók során az urszondák egyik feladata a bolygók domborzatának térképezése volt, melyet radartechnológiával végeztek el. A felmérés során az ismert pályaelemekkel keringo szonda adott pillanatban ismert helyen tartózkodva radarjelet lo a bolygó alatta levo felszíne irányába; a visszavert jel beérkezési idokülönbségébol a felszín magassága kiszámítható. A radar-technológiát eloször hazánkban alkalmazták urkutatási célra: a Föld-Hold távolságot 1946-ban így mérte meg Bay Zoltán kutatócsoportja. E technikával a Marsról és a Vénuszról viszonylag korán elkészültek a digitális domborzati modellek: olyan adatbázisok, amelyek rögzített felbontással, számítógépes adatok formájában megadják a felszín magasságát.
Miközben a Föld domborzata felszíni eszközökkel meglehetos pontossággal ismert, a felszínt, vagy annak nagy részét ábrázoló egységes domborzati modell (DDM) sokáig nem állt rendelkezésre. A DDM-ek fejlesztése általában a nemzeti geodéziai vagy térképészeti szolgálatok feladata volt. Magyarországon kezdetben a Posta Kísérleti Intézetében, majd a Honvéd Térképészeti Intézetben, illetve a FÖMI-ben készültek egyre jobb felbontású modellek, amelyek azonban csak hazánk, illetve annak szukebb környezete területét fedték le. Amennyiben egy politikai határokon átnyúló területrol kellett DDM-et beszerezni, az nehézségekbe ütközött egyrészt az egyes országok modelljeinek elérhetosége, másrészt azok eltéro technikai bázisa, elkészítési módszere és pontossága miatt is. Mivel pedig a DDM-ek elkészítése nagyon munkaigényes, az ilyen adatok csak igen drágán elérhetok.
1999-ben készült el az Egyesült Államokban a GLOBE (Global Land One-kilometer Base Elevation model) domborzati modell, amely a Föld szárazföldjeinek teljes felszínét 30 szögmásodperces (vetületi rendszerben kb. egy kilométeres) felbontásban ábrázolja. A GLOBE lényegében a meglevo földi adatbázisok egyesítése: a különbözo módszerrel készült alapanyagok teljes egységesítése nem is sikerült teljesen. Mindazonáltal ingyenes, Internetes elérhetosége nagyon népszeruvé tette. Számos számítógépes alkalmazásba (pl. Flight Simulator) beépítették, és sok digitális GPS-be töltheto világtérkép-adatbázisnak ez volt a domborzati alapja.
1. ábra: Az Endeavour urrepülogép 2000. február 18-án, fedélzetén az SRTM észlelorendszerrel. Jobboldalt a radar 60 méterre kinyúló tartókarjának részlete látható. Forrás: NASA.
Domborzati adatok az urbol
Az amerikai NASA (National Aeronautic and Space Administration) 1996-ban kezdte meg az SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) programot, amelynek célja a Föld felszíne mintegy 80%-ának digitális domborzati térképezése volt, radarrendszer felhasználásával. Halasztás után 2000. február 11-én bocsátották fel az Endeavour (törekvés) elnevezésu urrepülogépet, fedélzetén a méréshez szükséges berendezésekkel (1. ábra). A teljes mérési kampány 11 napig tartott. Az ezt követo adatfeldolgozás munkaigényét jellemzi, hogy ez a fázis csak 2004 közepére fejezodött be, és az interneten elérhetové tett adatok azóta is „ideiglenes” illetve „elozetes” minosítést kaptak, vagyis pontosításuk még folyamatban van.
A mérés néhány centiméter hullámhosszúságú radarjelekkel történo radar-interferometrián alapul. Az interferenciát két, egymástól fix 60 méteres távolságban elhelyezett vevo biztosítja: a nyitott urrepülogépbol egy 60 méteres rögzített tartószerkezet nyúlt ki, amelynek végén volt a másik érzékelo. Az adatokat az urrepülogép fedélzetén rögzítették. Mivel az urrepülogépek pályaelhajlása 57 fok, a poláris területeket nem érinti, így az SRTM-program keretében térképezheto és térképezett terület a 60 fokos északi, illetve az 57 fokos déli szélességi körök közötti régióra terjed ki, tehát az adatbázis például Finnország domborzatát nem tartalmazza.
A letöltheto adatbázis szerkezete, pontossága, javítási lehetoségei
Az eredményként kapott, 3 szögmásodperc felbontású (ill. az USA területét ábrázoló 1 szögmásodperc felbontású) adatok az interneten bárki számára hozzáférhetok (az állományok és a dokumentáció elérhetosége: ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm). A részletesebb adatok földrajzi körzetek, kontinensek szerint vannak csoportosítva, de kisebb, 30 szögmásodperc felbontású állományok is elérhetok egy alkönyvtárban. A 3 szögmásodperc felbontású adatok 1*1 fok kiterjedésu foktrapézonként adottak *.hgt fájlformátumban.
A *.hgt kiterjesztésu állományok tulajdonképpen BIL formátumba vannak szervezve (= Band Interleaved by Line, magyarul vonalanként beszúrt sávok), így átnevezve, paraméterezve térinformatikai szoftverekben (pl. ArcView-ban, ArcInfo-ban) is megnyithatók. A fájlok foktrapézonként 1201*1201 pixelt tartalmaznak, egy képpont 2 byte-os egész számábrázolásban van tárolva, a nagyobb helyiértéku byte van elöl. Ily módon a hálózat az ellipszoidi koordináták mentén egyenközu, az alkalmazott alapfelület a WGS84 földi ellipszoid. Az adatfájlok nevében megadott földrajzi szélességi és hosszúsági fokértékek az ábrázolt foktrapéz délnyugati sarkának – pontosabban a délnyugati sarokpixel középpontjának – koordinátáit jelentik. A pixelértékek – az alább tárgyalt kivételekkel – a magasságadatokat tartalmazzák. A magasságok a szintezett magasság becslései, amelyek a mérésekbol származtatott WGS84 ellipszoidi magasság és egy globális modellbol vett helyi geoidunduláció-érték különbségeként álltak elo.
Az adatok használatakor figyelembe kell vennünk, hogy azok radar-technológia használatával készültek. Vízfelületekrol – az elkerülhetetlen hullámzás hatása miatt – bizonytalan jelek érkeznek, emiatt a tengereken és tavakon, illetve folyókon hamis adatok jelennek meg. Ezek egy részét a feldolgozás során kiszurték, és e pixeleknek NULL értéket (számszeruen 32768-at) adtak. Hasonló NULL értéket kapott számos hegyvidéki pixel is, leginkább az olyan mély völgyek területén, amelyek a felvételi geometriából adódóan radarárnyékban voltak, és ahonnan nem érkezett visszavert radarjel. Értelemszeruen magasabb hegyvidékeken gyakoribb az emiatt bekövetkezett adathiány. Szükség esetén más, gyengébb felbontású modellbol pótolhatjuk az itt hiányzó értékeket, vagy pl. a 3dem szoftver "patch missing data" parancsával interpolálhatunk értékeket. Az adatbázis további hibája, hogy a magassági adatokban az épületek, az erdok területén pedig a fák magassága is megjelenik. Ennek oka az, hogy a néhány centiméter hullámhosszú rádiójelek nem hatolnak át a suru, vagy akár a közepes suruségu lombozaton, és visszaverodnek az épületek szilárd tetozetérol, burkolatáról is. Mivel az adatbázis globális, kiterjedését és pontosságát nem befolyásolják mesterséges politikai határok. Ezt demonstrálja a 2. ábra: Erdély domborzati térképét kizárólag az internetes adatokból generáltuk.
2. ábra. Erdély domborzati térképe az SRTM domborzatmodell felhasználásával.
SRTM domborzatmodell GPS-ben
A GPS technológia kapcsán a domborzati modellek kétféle alkalmazását említhetjük. Egyrészt GPS-szel mért adatainkat (3. ábra) összevethetjük a modellekkel, elemzéseket végezhetünk a különbözo forrásból származó magassági adatokkal. Ez alapvetoen térinformatikai feladat, de a kétféle adat együttes megjelenítésére egyre több GPS navigációs szoftver is képes (pl. OziExplorer). A másik, számunkra érdekesebb lehetoség, hogy a rendelkezésünkre álló domborzati modellek bizonyos megkötésekkel beépíthetok a GPS-ben tárol térképbe is, így azokat „magunkkal vihetjük” a terepre, pozíciónkat azonnal a GPS által generált szintvonalas térképen láthatjuk.
3. ábra. A Börzsöny hegység látképe (SRTM domborzatmodell és Landsat TM urfelvétel felhasználásával), a sárga vonal egy GPS-szel bejárt útvonalat mutat.
A Magellan GPS-ekhez készülo térképek egy része, kiváltképpen a turistatérképek újabb generációi már tartalmazzák a domborzatot is. A magassági adatok két módon kódolhatók az említett GPS vevok számára:
(1) a térképbe kódolt digitális domborzati modell formájában, vagy
(2) digitalizált szintvonalakkal.
A második megoldás a térképkészítés szempontjából egyszerubbnek tunik, ugyanakkor sokkal kiterjedtebb adatbázist kell tárolnunk. Az elso esetben a magasságok rácsháló formájában adottak, és a GPS ebbol számít egy, a felhasználó által választott nagyításhoz illeszkedo szintvonalrajzot. Mivel az aktuális terület minden pontjában ismert a magasság, a bejárt útvonal szelvényének megjelenítésén kívül lehetoségünk van a domborzat változásának elorejelzésére is. Ennek az útvonaltervezés szempontjából van nagy jelentosége, hiszen nem mindig a legrövidebb út vezet legkönnyebben, leggyorsabban a célhoz.
A GPS által megjelenített szintvonalas térkép alapszintköze és domborzati részletgazdagsága a felhasználó által választott aktuális nagyítás mértékétol függ. Azonban tekintettel kell lenni arra, hogy az SRTM domborzatrács vízszintes cellamérete 90 méter, ezért ha nagyon „belenagyítunk” a térképbe, az így kapott szintvonalrajz már nem feltétlenül a valódi domborzatnak felelnek meg. A Thalesnavigation MobileMapper készüléke alapértelmezésben lehetové teszi felhasználói térképek feltöltését a készülék memóriájába. A 4. ábrán a muszerbe töltött SRTM domborzati modellbol a készülék által generált szintvonalas térkép látható.
4. ábra. Az SRTM modellbol a készülék által generált 20 méteres szintvonalak Mobile Mapper vevo képernyojén.
Ha a készülék, vagy a MobileMapper Office által generált szintvonalas kép nem megfelelo számunkra, akkor lehetoség van a domborzat vektoros adatként való megjelenítésére (5. ábra), melyhez felhasználhatjuk például a DTA-50 adatbázis (MH Térképészeti Kht.) topográfiai térképekrol vektorizált szintvonalrajzát is.
5. ábra: A MobileMapper Office képernyoképén a térképi hátteret a Börzsöny hegység központi részének (Csóványos tömbje) szintvonalrajza adja. Az SRTM domborzatmodellbol külso program segítségével levezetett szintvonalak 10 méterenként következnek.
A Magellan vevokhöz készült hatodik generációs turistatérképek a fentebb említett mindkét módon tartalmazzák a domborzatot. Egyrészt 35 és 80 méteres felbontásnál megjelennek a topográfiai térképekrol digitalizált szintvonalak, másrészt a térkép tartalmazza a digitális domborzati modellt is (6. ábra).
6. ábra. Sümeg környéke a Keszthelyi-hegység turistatérképén (GeoX Kft.). A MobileMapper Office képernyorészlet jobb felso részén az SRTM modellbol generált szintvonalak (láb egységben), a bal alsó részen pedig szaggatott vonallal a DTA-50 (MH Térképészeti Kht.) vektoros szintvonalai láthatók 10 méteres alapszintközzel.
A két adatforrás együttes alkalmazására azért volt szükség, mert így muködik a domborzat elorejelzése és a tetszoleges útvonal profiljának megjelenítése funkció is (7. ábra), de a tájékozódást segíto szintvonalak pontosabb, szebben megjelenítheto rajzolata csak vektorosan állítható elo. A tárolt domborzati modellbol interpolált (egyébként a térképhez képest túl vastag) szintvonalak háttér poligonokkal egyszeruen ki lettek takarva.
7. ábra. Magasságváltozás elorejelzése a Keszthelyi-hegység turistatérképén (GeoX Kft.). A képernyon digitalizált útvonal a "Path Check" menüpont kiválasztásával magasságszelvényen is megjelenítheto.
Timár Gábor - Kohán Balázs